電磁兼容干擾原理及PCB EMC設計準則!

PCB 電磁干擾原理
電子產品單板PCB對外產生的干擾既多是差模干擾,也多是共模干擾。產生干擾的緣由是單板PCB上存在着對應的共模(CM)干擾電流和差摸(DM)干擾電流。單板上產生的干擾以傳導或輻射的方式對外造成發射,從而致使產品EMC問題。html

共模干擾電流與差模干擾電流以下面兩個圖所示:
電磁兼容干擾原理及PCB EMC設計準則!佈局

對於共模干擾(Common-mode)電流,是指兩導線上的干擾電流振幅相等,而方向相同。以下圖所示,在經過分佈參數,與地參考平面造成了共模環路,就有共模電流在環路流過。測試

電磁兼容干擾原理及PCB EMC設計準則!
對於差模干擾(Differential-mode)電流,是指兩導線上的干擾電流,振幅相等,方向相反。以下圖所示,差分信號對之間的電流以及信號和其對於的地上回流,就屬於差模電流。設計

電磁兼容干擾原理及PCB EMC設計準則!

根據電磁場理論,差摸干擾電流,信號和迴流電流都是相互反方向的,差摸電流存在180度的相位差,所以差模電流的磁場主要集中在差模電流構成的迴路面積以內,而回路面積以外的磁力線會相互抵消。共模電流方向是相同的,在迴路面積以外,共模電流產生的磁場方向相同,磁場強度反而增強。一般產品對外的干擾多以共模爲主。3d

電磁兼容干擾原理及PCB EMC設計準則!
要精確計算PCB對外的輻射很難,業界一般根據PCB上差模電流和共模電流近似的輻射天線模型,來計算對外干擾的場強大小,即PCB中輻射出來的RF能量。htm

PCB單板上有許多信號環路,如信號與信號地之間環路,電源與其相應地之間的環路,都blog

是差模電流環路。計算差模輻射強度時,能夠近似等效爲環天線模型。get

電磁兼容干擾原理及PCB EMC設計準則!

環天線模型的輻射強度由下式計算:產品

E=263*10-16f2AI/r原理

其中

E:電場強度(V/m); f :電流的頻率(MHz);A:電流的環路面積(cm2);I :電流的強度(mA)

r :測試點到電流環路的距離(m)

PCB單板上也存在共模信號環路,如外接電纜與大地之間的環路,就是共模電流環路。計算共模輻射強度時,能夠近似等效爲單級天線模型,也有稱爲棒天線模型。

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單極天線模型的輻射強度由下式計算:E=12.6*10-7fIL/r

其中

E:電場強度(V/m);f :電流的頻率(MHz); L:電纜的長度(m)I :電流的強度(mA)

r :測試點到電流環路的距離(m)

因爲在PCB單板上存在差模干擾和共模干擾,在PCB佈局與佈線時,須要根據上述干擾的原理,儘可能減少差模信號環路面積,減少共模電流,來下降單板PCB對外的干擾。

PCB EMC設計原則
根據電磁兼容要求,產品須要經過PCB設計,來下降單板對外的電磁干擾,同時須要抑制外來的電磁干擾。所以在PCB設計時須要注重如下幾個大原則:

一、須要減少單板的走線長度以及走線差模環路面積,由於差模環路面積越大,對外的干擾越大,同時單板的抗干擾能力也越弱;

二、注意單板的地設計,須要下降單板的地阻抗,減少單板的共模電壓幅度,下降對外的輻射干擾,同時下降外來干擾在單板上造成的共模電壓差;

三、注意強幹擾模塊與其餘數字電路以及模擬電路的距離,由於距離越遠,相互之間干擾耦合越小;

四、注重元器件的佈局和走線設計,由於單板PCB走線在高頻電磁干擾狀況下,就是天線,容易致使對外的輻射以及耦合外來干擾。

PCB EMC設計流程與步驟

根據單板的特色,在PCB設計時,按照以下順序進行:

一、首先了解PCB上功能實現原理,根據不一樣的電路功能進行模塊的劃分;

二、瞭解PCB上各個功能電路之間的鏈接關係,考慮走線的順暢;

三、肯定PCB上各個功能模塊內主要器件的位置擺放;

四、肯定PCB上地分割以及地之間的鏈接關係;

五、進行重要功能器件以及濾波器件的佈局;

六、進行單板的佈線設計。

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